Una breve descripción del avance en rendimiento de las baterías de litio

Los ánodos de silicio son una gran preocupación en la comunidad de baterías. En comparación con las baterías de iones de litio que actualmente utilizan ánodos de grafito, pueden proporcionar de 3 a 5 veces más capacidad. Una mayor capacidad significa que la batería se usa más tiempo después de cada carga. Esto puede extender significativamente el kilometraje de los vehículos eléctricos. Aunque el silicio es abundante y barato, el número de ciclos de carga y descarga del ánodo de Si es limitado. Durante cada ciclo de carga y descarga, su volumen se expandirá enormemente, e incluso la atenuación de su capacitancia hará que las partículas del electrodo rompan o formen una capa en la membrana del electrodo. fenómeno.

Principio de funcionamiento del aglutinante de polea molecular.

El 20 de julio, el equipo de investigación de KAIST dirigido por el profesor JangWook Choi y el profesor AliCoskun informó sobre un adhesivo de polea molecular para baterías de iones de litio de ánodo de silicio.

El equipo de KAIST integró la polea molecular (llamada polirrotaxano) en el adhesivo del electrodo de la batería, incluida la adición de un polímero al electrodo de la batería para unir el electrodo al sustrato metálico. El anillo en el polirrotaxano se retuerce en el esqueleto del polímero y se puede mover libremente a lo largo del esqueleto.

El anillo en el polirrotaxano puede moverse libremente a medida que cambia el volumen de las partículas de silicio, y el deslizamiento del anillo puede mantener eficazmente la forma de las partículas del Si para que no se colapse durante un cambio de volumen continuo. Vale la pena señalar que dado que el aglutinante de polirrotaxano tiene alta elasticidad, incluso las partículas de silicio pulverizado pueden permanecer en un estado coalescido. La función del nuevo adhesivo está en marcado contraste con los adhesivos existentes (generalmente polímeros lineales simples) que tienen una flexibilidad limitada y, por lo tanto, no mantienen firmemente la forma de las partículas. Los adhesivos anteriores dispersan las partículas trituradas, provocando que el electrodo de silicio reduzca o incluso pierda su capacidad.

Los autores dicen que esta es una excelente demostración de la importancia de la investigación básica, y Polyrotaxane ganó un Premio Nobel el año pasado por el concepto de "enlaces mecánicos". La "unión mecánica" es un concepto recientemente definido que se puede agregar a los enlaces químicos clásicos, como los enlaces covalentes, los enlaces iónicos, los enlaces de coordinación y los enlaces metálicos. La investigación básica a largo plazo está abordando gradualmente los desafíos de larga data en la dirección de la tecnología de baterías a un ritmo inesperado. Los autores también señalan que actualmente están trabajando con un gran fabricante de baterías para integrar sus poleas moleculares en productos de baterías reales.

El premio Nobel de Química 2006 de la Universidad de Northwestern, Sir FraserStoddart, también añadió: "Las uniones mecánicas se recuperaron por primera vez en un entorno de almacenamiento de energía. El equipo de KAIST usó inteligentemente el aglutinante mecánico en el poliestireno de anillo deslizante, en el anillo α. el tornillo de polietilenglicol, Esto marca un gran avance en el rendimiento de las baterías de iones de litio en el mercado. Cuando los polímeros de polea con adhesivos mecánicos reemplazan los materiales convencionales con solo uniones químicas simples, esta unión física tendrá un impacto muy significativo en el rendimiento de los materiales. Y equipamiento. "

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